一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法

技术领域

本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法。

背景技术

由钚-238制成的热源和同位素电池具有功率密度高、半衰期长、毒性小、有害杂质少(不产生高能中子和高能γ)、防护简单、屏蔽轻等优点。因此，由其制成的热源和同位素电池在很多恶劣的环境中有着广泛的应用，比如航空航天、极寒地区等。但

现已有的提取钚-238并回收镎-237的流程很少，这其中包括中国专利CN111020244A，公开了“一种从辐照镎靶中提取分离钚-238并回收镎-237的方法”。该方法是用溶剂萃取法实现镎钚分离并提取钚-238的水法流程。但由于该流程使用大量的有机溶剂，导致存在设备规模大，废液(尤其有机废液)量大，工艺流程复杂等问题。同时，由于钚-238的强α放射性，导致其对有机试剂辐照分解严重，不但降低试剂使用寿命，同时产生的辐解产物也会对镎钚产品的净化造成影响；并且，废有机相的无机化处理也是后处理中的一项难题。此外，水法流程在处理过程中会大量使用含盐试剂，如偏钒酸盐、硝酸银、硝酸汞等，大大增加了放射性废物量。

氟化挥发法是乏燃料后处理方法之一，特别是在处理熔盐堆燃料时。早在20世纪60年代，美国完成了辐照燃料的氟化挥发法分离验证。俄罗斯建立了针对BOR-60反应堆乏燃料的氟化挥发法流程。近年捷克和日本开展了氟化挥发分离技术，提出了干湿法结合流程FLUOREX。这些流程中使用的氟化气体主要以F

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法，通过氟化挥发法从本质上改变了从辐照镎靶中提取钚-238和回收镎-237的工艺，可以在简化流程、减小设备规模、不使用有机试剂、减小放射性废物量的同时，解决钚-238提取过程中辐解严重的问题；并且能够解决有机试剂处理所带来的一系列问题，减少含盐试剂的使用，进而降低放射性固体废物量。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法，所述方法包括如下步骤：

S1、提取镎：将辐照后镎靶芯块放入反应器中，向反应器中通入第一氟化气体，在第一设定温度下对辐照后镎靶芯块进行氟化处理，将辐照后镎靶芯块中镎的氧化物转化为六氟化镎，钚的氧化物转化为四氟化钚；所述第一氟化气体载带六氟化镎进入步骤S2中进行镎产品收集与纯化；而钚以四氟化钚的形式留在反应器内，准备进入步骤S3中提取钚；

S2、收集与纯化镎产品：将所述第一氟化气体载带的六氟化镎通入冷阱中收集并纯化，得到镎产品；

S3、提取钚：向反应器中通入第二氟化气体，在第二设定温度下继续对辐照后镎靶芯块进行氟化处理，将四氟化钚进一步转化为六氟化钚气体，所述第二氟化气体载带六氟化钚进入步骤S4进行钚产品收集与纯化；

S4：收集与纯化钚产品：将所述第二氟化气体载带的六氟化钚通入冷阱中收集并纯化，得到钚产品；

S5、处理与处置裂变产物。

进一步，所述第一氟化气体为三氟化氮与不活泼气体的混合气，所述不活泼气体选自N

进一步，所述第一氟化气体中，三氟化氮的体积百分数含量不低于5％。

进一步，所述第一设定温度为450℃～700℃。

进一步，步骤S2还包括如下步骤：对所述镎产品进行转型，采用热水解还原的方式将所述镎产品转化为二氧化镎。

进一步，所述第二氟化气体为氟化功能气与不活泼气体的混合气；

所述不活泼气体选自N

所述氟化功能气包含F

进一步，所述第二氟化气体中，所述氟化功能气的体积百分数含量不低于50％。

进一步，所述第二设定温度在300℃以上。

进一步，步骤S4还包括如下步骤：对所述钚产品进行转型，采用热水解还原的方式将所述钚产品转化为二氧化钚。

进一步，所述热水解还原的温度高于600℃。

本发明的有益效果在于，采用本发明所提供的一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法，包括如下步骤：首先通过第一氟化气体将辐照后镎靶芯块中镎的氧化物转化为六氟化镎、钚的氧化物转化为四氟化钚，实现镎提取；第一氟化气体载带六氟化镎通入冷阱中收集并纯化，得到镎产品；然后通过第二氟化气体将四氟化钚进一步转化为六氟化钚气体，实现钚提取；第二氟化气体载带的六氟化钚通入冷阱中收集并纯化，得到钚产品；最后处理与处置裂变产物；可以利用两种不同的氟化气体与镎钚的反应特性，通过氟化挥发法从本质上改变现有从辐照镎靶中提取钚-238和回收镎-237的工艺，能够简化流程、减小设备规模、大大提高镎钚分离效果。此外，本发明提供的方法因采用干法流程，在无需使用有机试剂、减小了放射性废物量的同时，从根本上解决了钚-238提取过程中α辐解严重的问题；并且亦可解决后续废有机试剂处理所带来的一系列问题，减少含盐试剂的使用，大大降低了放射性固体废物量。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下而获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

钚-238在国民经济生产和国防建设等方面有着重要的应用，安全、高效且尽可能少的产生放射性废物地从辐照镎靶中提取钚-238和回收镎-237显得尤为重要。

本发明实施方式中，通过氟化挥发法从本质上改变了从辐照镎靶中提取钚-238和回收镎-237的工艺，可以在简化流程、减小设备规模、不使用有机试剂、减小放射性废物量的同时，解决钚-238提取过程中辐解严重的问题；并且能够解决有机试剂处理所带来的一系列问题，减少含盐试剂的使用，进而降低放射性固体废物量。

如图1所示，本发明实施方式提供的一种从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法，所述方法包括如下步骤：

S1、提取镎：将辐照后镎靶芯块放入反应器中，向反应器中通入第一氟化气体，在第一设定温度下对辐照后镎靶芯块进行氟化处理，将辐照后镎靶芯块中的各金属氧化物转化为氟化物；其中，镎的氧化物转化为六氟化镎，钚的氧化物转化为四氟化钚；由于六氟化镎为气体，在通入的第一氟化气体的载带下，进入步骤S2中进行镎产品收集与纯化，实现镎的提取；而钚依然以四氟化钚的形式和绝大多数的裂片元素一起留在反应器，准备进入步骤S3中提取钚，实现镎钚分离。

具体的，步骤S1中，使用氟化挥发法提取镎。

具体的，步骤S1中，所述第一氟化气体为三氟化氮(NF

在一个具体的实施例中，所述第一氟化气体中，三氟化氮(NF

可选的，所述第一设定温度的可选温度范围为450℃～700℃。

可选的，步骤S1中，所述第一氟化气体的通气时长不低于1.5h，即步骤S1采用氟化挥发法提取镎的时长，在此时长内镎氟化挥发完成。

S2、收集与纯化镎产品：将所述第一氟化气体载带的六氟化镎通入冷阱中收集并纯化，得到镎产品；

具体的，所述镎产品的主要成分为四氟化镎。

具体的，步骤S2还包括如下步骤：对所述镎产品进行转型，采用热水解还原的方式将所述镎产品转化为二氧化镎。

具体的，所述热水解还原的温度应高于600℃。

在一个具体的实施例中，采用热水解还原的方式将所述镎产品转化为二氧化镎包括如下具体步骤：将所述镎产品置于反应釜内，反应釜保温在900℃左右，通入水蒸气和氢气(H

S3、提取钚：停止通入所述第一氟化气体后，向反应器中通入第二氟化气体，在第二设定温度下继续对辐照后镎靶芯块进行氟化处理，将已转化为四氟化钚的钚进一步转化为六氟化钚气体，在通入的第二氟化气体的载带下，进入步骤S4中进行钚产品收集与纯化，实现钚的提取。

具体的，步骤S3中，使用氟化挥发法提取钚。

具体的，步骤S3中，所述第二氟化气体为氟化功能气与不活泼气体的混合气，所述不活泼气体选自N

在一个具体的实施例中，所述第二氟化气体中，所述氟化功能气的体积百分数含量不低于50％。

可选的，所述第二设定温度在300℃以上。

可选的，步骤S1中，所述第二氟化气体的通气时长为2～6h，即步骤S3采用氟化挥发法提取钚的时长，在此时长内钚氟化挥发完成。

S4：收集与纯化钚产品：将所述第二氟化气体载带的六氟化钚通入冷阱中收集并纯化，得到钚产品；

具体的，所述钚产品的主要成分为四氟化钚。

具体的，步骤S4还包括如下步骤：对所述钚产品进行转型，采用热水解还原的方式将所述钚产品转化为二氧化钚。

具体的，所述热水解还原的温度应高于600℃。

在一个具体的实施例中，采用热水解还原的方式将所述钚产品转化为二氧化钚包括如下具体步骤：将所述钚产品置于反应釜内，反应釜保温在900℃左右，通入水蒸气和氢气(H

S5、处理与处置裂变产物：即对反应器中剩余的辐照后镎靶芯块的裂变产物进行处理与处置。

实施例1

本实施例1中，采用本实施方式提供的从辐照镎靶中提取钚-238并回收镎-237的工艺方法，从二氧化镎与二氧化钚混合物(二氧化镎2g，二氧化0.2g)中分离回收钚，包括如下步骤：

S11、提取镎：将二氧化镎与二氧化钚混合物置于反应皿中，反应皿置于反应釜内；将反应釜保温在500℃左右，通入NF

S12、收集与纯化镎产品：将NF

S13、提取钚：停止通入NF

S14：收集与纯化钚产品：将F

实施例2

本实施例2中，对实施例1中获得的所述钚产品进行转型，采用热水解还原的方式将所述钚产品转化为二氧化钚，包括如下步骤：

S21、取0.1g步骤S14中获得的钚产品PuF

S22、对所述钚产品进行转型：将反应釜保温在900℃左右，以25ml/min流速通入水蒸气和氢气(H

本发明所述的方法并不限于所述具体实施方式，上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其他的特定方式或其他的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。